ADAS验证的关键技术：HIL测试系统

​采埃孚的下一代移动性能

​作为全球最大的汽车一级供应商之一，采埃孚致力于实现“零愿景”，即零事故、零死亡和零排放。实现这一目标的主要方法是提高驾驶过程的安全性、效率和舒适度。

​采埃孚的未来战略重点是打造“下一代移动出行”，即推出切实可行、经济实惠的移动出行解决方案并囊括电动、智能、互联、可持续、安全、自动驾驶等功能。

^{图1：采埃孚的下一代移动性能 图片由采埃孚公司提供}

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采埃孚凭借其专业知识和产品组合，赋予车辆全方位的感知、决策和执行能力，在市场上处于领先地位。其企业座右铭“感知－决策－执行(See－Think－Act)”简明扼要地概括了企业的发展主题。例如，采埃孚将摄像头与传感器系统（雷达或激光雷达）互连，提供360度全景视图（感知）。此外，采埃孚还通过电子控制单元网络或中央高性能计算平台开发、生成和连接车辆交换中心的数据（决策）。当然，该公司还连接了驱动、底盘或转向系统中的机电一体化系统，以创建现代化驱动功能（执行）。这不仅增强车辆安全性，而且还提高了车辆效率。

ZF Mobility Solutions的测试系统开发

​ZF Mobility Solutions(ZMS)是采埃孚集团旗下的全资子公司，总部位于德国的因戈尔施塔特。其使命是通过开发和实施自主交通系统，提供清洁、高效、舒适且价格合理的出行方式。

​ZMS测试系统开发部的愿景是开发出富有创新性的高质量测试系统，以满足复杂的ADAS和AD验证与确认的特定需求。

​该任务是为采埃孚公司构建基于HIL的测试系统原型，其中包括可用于串行开发项目的硬件、软件和流程。

​ADAS验证挑战

^{图2：ZF ADAS图片由采埃孚公司提供}

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ADAS需要在开发的各个阶段进行大量验证。必须在真实场景中针对高度网络化的复杂功能进行测试。但是ADAS的安全性应达到何种程度才能上路供消费者使用？实车测试需要大量时间，不但成本高昂，而且有时提供的信息价值很有限，尤其是在测试的可重复性方面。虽然仍有必要进行实车测试，但也迫切需要将其他测试方法纳入验证过程，从“行驶里程”转变为“待路测的里程质量”。

​这个精心制定的验证策略率先成为符合ISO-26262标准或Automotive SPICE (ASPICE)等最先进规范和法规的重要支柱。

​在开发中使用虚拟现实(VR)技术是主流趋势之一；这有利于在实际条件下测试早期阶段的系统。基于HIL的开环数据回放和闭环仿真测试系统特别适用于在目标硬件上验证ADAS功能以及确定功能性和非功能性关键性能指标(KPI)。

​不同测试方法的要求和组合对于保证驾驶员和乘客的安全并最终实现车辆的自动驾驶至关重要。NI解决方案可构建有助于制定全面测试策略的测试系统，该策略包括真实世界的测试和基于VR的测试。

​雷达HIL测试系统要求

​ADAS对测试系统的开发有很高的要求，开发这些系统时，重点和需求不再仅仅是高计算能力，而是比以往任何时候都更注重可扩展性、灵活性和高度网络化系统运行的方方面面。待测系统(SUT)是一款采埃孚汽车级雷达传感器，适用于自适应巡航控制、防碰撞、碰撞前安全系统或副驾驶功能等典型ADAS应用。随着SUT的复杂性日益增加，开发新测试系统时必须要从平台角度出发。 

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​此类测试系统的关键方面包括：

• ​模块化：核心HIL和附加软件系统组件的即插即用性
• ​可扩展性：从单个ADAS ECU验证到高性能360°AD传感器数据回放和闭环虚拟现实仿真
• ​可靠性：具备最高可用性要求的全天候串行HIL集群运行
• ​兼容性：将新的HIL测试系统集成到与企业IT基础设施、现有工具和流程相关的现有生态系统中
• ​流畅的可操作性：HIL集群设置，用于远程访问、操作和维护以及诊断各种串行验证

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​一些ADAS ECU会通过试验场和测试车队获取真实数据记录，而此类ADAS ECU的开环验证必须在复杂的通信接口上以高数据速率启用数据再注入，同时要求实现高精度定时和同步。除记录雷达数据外，还必须对车辆剩余总线通信信号进行并行再处理，如车速信号、偏航率或其他状态数据。对于雷达数据再注入，HIL测试系统必须提供适当的接口，并通过高I/O数据速率和边带通信对再注入进行稳健精确的控制。HIL测试系统软件平台和接口的另一关键方面是在全天候运行HIL测试场的情况下，对HIL测试运行、远程软件部署和HIL操作的全自动化要求。

​方法

​ZMS与NI合作的主要原因在于高性能的实时计算系统以及高精度的定时和同步功能。PXI平台极具吸引力，具有种类繁多的接口卡和模块，例如最新的汽车总线系统以及模拟和数字I/O卡。

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​NI的开放式软件平台还支持在HIL系统开发中生成模块化和特定应用的软件，尤其是在使用LabVIEW进行实时软件开发以及SystemLink™软件所涵盖的系统操作方面。

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​PXI平台支持模块化，可在不重设车轮的情况下，将工作从一个ADAS项目切换至另一个项目。这可以通过为每个测试用例设置新参数并依赖核心系统的现有基础来实现，其中核心系统可重复用于为ADAS和AD系统测试功能强大的ECU，同时节省时间。此外还提供可扩展性，目前可以测试具有5到10个总线连接和数据接口的ECU；未来测试还会扩展至30个或更多接口。

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​完整的HIL模拟器开发包括HIL试验台的机械和电气设计，涵盖了工作和产品安全的所有方面。

PXI系统的配置如下：

• ​PXIe-1082机箱
• ​PXIe-8840 Intel i7四核，8 GB RAM，320 GB硬盘 
• ​PXI-6683定时和同步模块
• ​2个PXI-8512 CAN-FD总线接口

​其他HIL系统组件：

• ​采用Ubuntu操作系统的19英寸HIL控制PC机
• ​12 V直流电源
• ​16安培电源插口
• 外部MIPI/CSI-2和SPI再注入设备

^{图3：HIL实时核心仿真系统}

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HIL实时操作和再注入数据流的软件架构包括：

• ​ROS(C++)节点，用于处理记录的雷达数据
• ​LabVIEW组件，用于HIL实时操作、总线通信和同步
• ​脚本和其他软件组件，用于启用远程控制和操作，以及连接至SystemLink服务器

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​凭借ZMS和采埃孚公司各自的竞争优势，NI协助建立了软件流程和维护。这有助于构建一个功能强大的模块化HIL软件库，从而为未来的HIL项目奠定基础，并为2022年成为“NI卓越中心”铺平了道路。

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​ZMS的软件开发依赖于基于Scrum的敏捷软件开发以及持续的集成和部署(CI/CD)的现有流程，如下图所示。

^{图4： 软件开发流程}

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下图概述了HIL测试系统设置中数据流和通信之间的依赖关系。

^{图5： 软件开发流程}

结果

​随着HIL系统原型的开发并可复制至HIL集群中运行的多个HIL系统中，可以在全自动化HIL运行中通过大量的雷达软件测试周期实现雷达系统验证。这不仅赋予了在目标ECU平台上即时测试新软件版本更大的灵活性，而且还扩大了测试覆盖范围。

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​在雷达系统的开发过程中，相当于在HIL集群成功地再处理了600余天试验场测试操作的数据。

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​下图描述了将各种HIL测试系统作为一个HIL集群集成至系统开发和验证过程的流程。

^{​图6：系统开发和验证流程}

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将HIL原型开发扩展至全天候HIL集群时，SystemLink的远程HIL实时软件部署、系统操作和维护功能就有了用武之处。NI的解决方案可帮助采埃孚节省时间并实现可扩展性。这意味着采埃孚的测试计划可以与自身的创新时间表保持一致。

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​在雷达HIL开发项目中，ZMS的测试系统开发部门获得“NI卓越中心”认证是其中的一项显著成就。 该团队具有出色的工程技术水平，并提供了省时的软件开发流程、可扩展和扩充的软件设计和架构，以及持续开展培训、指导和学习。 

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​我们的战略合作伙伴关系会支持我们在未来能够成功地将安全可靠的ADAS和AD系统推向市场。 

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采埃孚团队影响力：

​“我的团队十分出色，每位成员的工作积极性都很高，而且在专业领域颇有造诣，同时能够全身心地投入到我们的项目和采埃孚的战略实施中。因为拥有NI这样的战略合作伙伴，我们才能成功地将想法付诸实践。”  

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​Thomas Herpel博士测试系统开发部门高级经理；负责创造适宜的条件，发挥团队合作的最大效能，将采埃孚战略推向当前和未来的市场

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​“我们需要明确的LabVIEW开发流程、必须精确理解工作内容，同时尽可能地实现自动化。成为卓越中心有助于我们减少测试工作，并通过节省时间、提高效率和改进软件来优化我们的日常工作。我为这次出色的合作由衷感到自豪。”  

​Oleg Scherling，HIL LabVIEW架构开发者和帮助ZMS成为“NI卓越中心”的推动者

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​“我们的团队由采埃孚的雷达和HIL专家以及技术合作伙伴ZMS组成，他们与NI合作开发了一款雷达HIL，该产品与现有高度自动化的ZF验证工具链完美契合，进一步加速了我们的测试和开发流程。” 
 

​Michael Vogt，采埃孚ADAS验证部工程主管；负责采埃孚ADAS的HIL开发

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​“我们与ZMS的同事合作，成功地使用NI组件开发出满足我们要求的HIL系统。HIL系统是雷达传感器验证策略的重要支柱。”

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​Philipp Strempel，采埃孚ADAS验证部门工程师兼雷达HIL开发部门项目负责人